隧道爆破參數優化及振動效應研究

張劍興，李繼業，蒲朝欽，余紅兵

(1.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000；2.貴州新聯爆破工程集團有限公司，貴州 貴陽 550002)

0 引 言

隧道爆破開挖施工產生的爆破沖擊波對爆破作業區域周圍的建(構)筑物和圍巖產生沖擊荷載，有可能造成隧道塌方、保護物損壞等爆破次生災害。王雙龍等[1-3]提出了“短進尺、多循環、若爆破、強支護、勤監測”的施工方案和遵循“多打孔、少裝藥”的控制爆破原則，成功實施了下穿隧道的爆破次生災害控制；張倚逾、鄭卓淵等[4-6]通過選擇合理的爆破施工方案和爆破安全措施取得了良好了爆破效果，降低了爆破振動危害。目前對于隧道爆破參數的研究主要依靠現場試驗，開展爆破振動效應研究，進而提出合理的隧道爆破參數和振動控制技術措施。

1 工程概況

龍那1#隧道進口位于廣西天等縣福新鄉隆昌屯北西側約1250 m處，出口位于廣西天等縣福新鄉龍郡屯東南側約950 m處，隧道設計分為左線和右線，分離式越嶺隧道，隧道巖層以石灰巖為主，圍巖級別有Ⅲ、Ⅳ級，Ⅲ級圍巖2640 m，Ⅳ級圍巖385 m。隧道區巖溶發育一般，屬巖溶弱發育區，部分地段存在巖溶問題。喀斯特地貌發育，水系發育，采用爆破掘進施工。施工現場周圍有民房、高壓電線等需要保護的建構筑物，施工條件復雜，屬于施工中高度風險等級隧道，因此對爆破作業有較高的要求。在施工中，施工方采用臺階法施工，并嚴格執行“先探測、管超前、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測“的原則。

2 隧道爆破方案

(1) 爆破臺階的選擇。選擇上下臺階爆破開挖方案，按順序先完成上臺階爆破后再實施下臺階的爆破作業。炮孔直徑42 mm，掘進深度1.5 m，炮孔最大藥量4.8 kg，爆破參數如表1所示。

表1 斜井隧道臺階爆破參數

(2) 裝藥結構。上下臺階的掏槽孔及輔助孔采用連續裝藥，周邊孔、底板孔采用不耦合裝藥。不耦合裝藥時，以10 cm間隔長度將炸藥卷綁扎在竹片上送入炮孔底部。下臺階底板孔通常采用加大藥量的形式最后起爆，以達到減少根底和翻渣破碎的目的。

(3) 起爆網路。采用毫秒延期導爆管雷管進行爆破網路的連接，用激發針起爆。起爆順序為掏槽孔、輔助孔、周邊孔、底板孔。隧道斷面炮孔布置如圖1所示。

3 爆破振動監測

3.1 爆破振動測試儀器及其布置方法

根據爆破周圍環境，共布置3個測點：爆破隧道后方現有隧道內50 m處、爆破位置正上方、爆破爆破位置前上方。采用成都中科測控TC-4850爆破振動測試儀進行現場爆破振動監測。現場儀器的布置如圖2所示。現場振動監測點的布置如圖3所示。

圖1隧道爆破炮孔布置

圖2 爆破振動檢測儀器布置

圖3 隧道周邊民房振速測點布置

3 振動測試結果與分析

為研究隧道爆破的振動效應，在爆破現場進行了多次爆破振動監測，獲得了大量的爆破振動監測數據。其中部分隧道爆破振動數據見表2。

表2 部分隧道爆破振動實測數據

經過現場爆破振動監測，根據所得的爆破振動數據，發現規律如下：

(1) 下臺階開挖時的爆破振動速度峰值小于上臺階爆破的振動峰速，上臺階爆破的振動峰值主要出現在25 ms左右，即掏槽孔爆破時產生的爆破振動最大，主要原因是掏槽孔起爆時最大單響藥量最大，且圍巖未受到爆破振動損傷，夾制作用較大，爆破地震波傳播過程中能量損失較小；

(2) 爆破振動在一定范圍內存在高程放大作用，但放大比例較低，沒有達到保護建構筑物的安全允許振動閾值，不會對隧道上方的民房造成振動破壞。

4 隧道爆破振動控制技術

基于現場爆破振動監測以及相關隧道爆破的工程經驗[7-8]，提出以下減振控制技術措施。

(1) 選擇合理的掏槽結構形式。斜井隧道爆破振動監測結果表明，掏槽孔爆破時產生的爆破振動最大。增加掏槽孔的起爆網路間隔時間，降低最大單響藥量，同時前一級掏槽爆破為后一級掏槽爆破提供自由面，能夠有效降低爆破振動強度，改善隧道的爆破效果。

(2) 選擇合理的微差爆破間隔時間。對于隧道爆破工程，在允許最大單響藥量范圍內，適當增加輔助孔同時起爆炮孔數目，減少毫秒延期雷管段別的使用，根據現有研究成果選擇合理的延期時間，避免爆破地震波疊加效應。

(3) 隧道爆破振動實時監測與爆破參數優化。全面監控爆破開挖過程中的隧道圍巖的位移和隧道周圍建構筑物的爆破振動峰值，及時修復加固支護結構，加強爆破控制防護措施，及時調整爆破參數，保證隧道施工過程中的安全作業。

5 結 論

采用上下臺階分段爆破的隧道爆破掘進方法，可有效控制爆破次生災害。通過爆破振動監測，確保了爆破施工安全和可靠性。隧道爆破開挖過程中，應實時進行隧道爆破振動監測，全面監控隧道爆破開挖及其振動效應，不斷優化和調整隧道爆破參數。